1引言

傳統(tǒng)的建筑建設(shè)過程一般由概念草圖設(shè)計(jì)→繪制建筑工程圖→繪制建筑效果圖→建筑施工等組成。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，將建筑設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)相結(jié)合，借助三維建筑模型來多角度地展示建筑物復(fù)雜多變的空間結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了建筑設(shè)計(jì)可視化。

Autodesk Inventor 是美國Autodesk公司推出的基于特征的參數(shù)化三維設(shè)計(jì)軟件，可以隨處剖切三維建筑模型，如房屋的水平剖切、房屋的垂直剖切和各層樓梯間的剖切，等，使內(nèi)部結(jié)構(gòu)一目了然。

利用計(jì)算機(jī)的虛擬設(shè)計(jì)，為設(shè)計(jì)人員提供了廣闊的思維空間，以激發(fā)設(shè)計(jì)和創(chuàng)新靈感。對比圖1和圖2兩種樓梯的外觀效果，可以動態(tài)地觀察、推敲和修改設(shè)計(jì)，從中選擇一種比較合理、美觀的設(shè)計(jì)方案。

2導(dǎo)入CAD圖作為墻體草圖快速準(zhǔn)確地創(chuàng)建墻體

草圖是三維零件造型的基礎(chǔ)，是一個特征的“截面輪廓”，有了草圖，就可以用各種方法生成不同的實(shí)體。將現(xiàn)有的CAD建筑平面圖作為Inventor 墻體的草圖，再利用“拉伸”工具創(chuàng)建墻體，既提高了建模速度，門窗位置又非常準(zhǔn)確。將 AutoCAD DWG 數(shù)據(jù)輸入到Inventor 零件草圖的步驟如下：

(1) 提取CAD圖中的墻體圖層

因?yàn)镃AD建筑圖中有一些文字、尺寸和門窗等創(chuàng)建墻體不需要圖線(圖3)，利用CAD“特性”工具中的“快速選擇”功能，可以將墻體圖線提取出來。如圖4“快速選擇”對話框所示，墻體層(WALL層)已經(jīng)包括在選擇集中。用“復(fù)制”和“粘貼”命令將選擇集的內(nèi)容粘貼到一個CAD新文件中，保存該CAD文件(圖5墻體圖)后關(guān)閉該文件。

(2) 輸入CAD圖作為Inventor 草圖

在 Autodesk Inventor 中創(chuàng)建新零件，激活零件草圖。單擊“草圖”工具欄上的“插入AutoCAD文件”按鈕，輸入已保存的墻體圖。草圖應(yīng)該是一個封閉的輪廓，而且不能是自交叉狀態(tài)，必要時刪除草圖截面輪廓中不需要的線段。

一般情況下，草圖繪制完后，要對草圖進(jìn)行約束。幾何約束用來規(guī)整草圖的幾何形狀，確定草圖各要素之間以及草圖與其他實(shí)體要素之間的相互關(guān)系。尺寸約束用來定義草圖的大小和圖元之間的相對位置。利用現(xiàn)有的CAD建筑平面圖作為Inventor 墻體的草圖，則可以節(jié)省繪制草圖和約束草圖這些步驟，可以大大提高建模速度。

(3) 創(chuàng)建墻體

單擊“拉伸”工具，如果草圖截面輪廓中有開放回路或多重回路，則顯示“檢查截面輪廓問題”符號，使用草圖醫(yī)生刪除所有開放回路或多重回路。拉伸后的墻體如圖6所示，注意在門窗的位置處添加了必要的墻體。

3利用自定義特征(iFeature)創(chuàng)建復(fù)雜管路模型

一套完整的建筑工程圖中，給排水、暖通、結(jié)構(gòu)等部分是由各個專業(yè)設(shè)計(jì)小組設(shè)計(jì)并提交設(shè)計(jì)圖紙的。在三維建筑模型中，將給排水管路和暖通、風(fēng)道等按照尺寸繪制出來，可以檢查管路設(shè)計(jì)是否合理，管路與建筑結(jié)構(gòu)有沒有干涉現(xiàn)象，幫助各個專業(yè)之間進(jìn)行協(xié)調(diào)，使施工得以順利進(jìn)行。

Inventor軟件的“自定義特征iFeature”功能是定義并保存重復(fù)使用的特征。因?yàn)楣苈房梢暈橛蓤A拉伸而成，所以用iFeature功能定義一個拉伸特征，然后在零件上選擇工作平面來插入iFeature，可以大大提高創(chuàng)建三維管路模型的速度。圖7所示為衛(wèi)生間的部分管路。使用iFeature功能創(chuàng)建管路的步驟如下：

(1) 創(chuàng)建iFeature

繪制一個草圖直徑20，拉伸長度100的圓柱，使用“工具”菜單上的“提取 iFeature”選項(xiàng)來提取草圖特征和定位基準(zhǔn)面并保存在系統(tǒng)指定的目錄中，“創(chuàng)建iFeature”對話框如圖8所示。

(2) 提取CAD圖中的管路圖層作為Inventor草圖

利用CAD“特性”工具中的“快速選擇”功能，將管路圖層提取出來并保存為一個CAD文件。在Inventor 中創(chuàng)建新零件，用“插入AutoCAD文件”功能，輸入CAD管路圖作為Inventor草圖，如圖9所示。

(3) 插入iFeature創(chuàng)建不同標(biāo)高的管路

單擊“工作平面”按鈕，選擇Inventor草圖中某條線段和它的端點(diǎn)，則定義一個通過端點(diǎn)并垂直于該線段的工作平面。啟用特征工具面板中的“插入 iFeature”功能，出現(xiàn)“插入 iFeature”對話框，找到需要插入的文件后，將光標(biāo)放在已定義的工作平面上，圓柱的虛擬顯示將會出現(xiàn)。根據(jù)需要在“插入 iFeature”對話框中調(diào)整草圖直徑或拉伸長度后，完成了該條管路的創(chuàng)建。

在Inventor中，可以將模型中的幾何圖元、定位特征投影到當(dāng)前草圖平面中，以創(chuàng)建參考幾何圖元。為了創(chuàng)建不同標(biāo)高的給水、污水、中水和熱水管路，需要定義不同標(biāo)高的工作平面作為草圖平面，將Inventor 草圖中的線段投影到各個草圖平面上，再利用iFeature功能創(chuàng)建不同標(biāo)高的管路，保證了各種管路間的相對位置正確，如圖10所示。

4巧用尺寸表達(dá)式創(chuàng)建樓梯族

建筑物中往往有多種樓梯，在樓梯草圖的尺寸標(biāo)注中，利用尺寸表達(dá)式，就可以用同一個三維模型，通過更改樓梯的長、寬、高和臺階數(shù)量而生成不同規(guī)格的樓梯，使三維模型得以重復(fù)利用，提高設(shè)計(jì)工作效率。

創(chuàng)建一個長4200mm、寬1600mm、高2550mm、臺階數(shù)量為16的直樓梯的步驟如下 ：

(1) 繪制草圖并標(biāo)注尺寸

尺寸和圖形是“關(guān)聯(lián)”的，當(dāng)改變尺寸的數(shù)值后，尺寸會驅(qū)動圖形發(fā)生變化。標(biāo)注尺寸后，可以用三種形式顯示尺寸：尺寸數(shù)值、尺寸名稱和表達(dá)式形式。圖11所示尺寸的顯示形式為表達(dá)式形式，其中d0、d1、d2…dn是系統(tǒng)從第一個標(biāo)注的尺寸開始為每一個尺寸排好的尺寸變量名稱。注意尺寸變量d1的長度設(shè)定為4200+(4200/15)，15是臺階數(shù)量16減1所得。拉伸該草圖，拉伸距離為樓梯寬度1600。

(2) 切削一個臺階

選擇樓梯的側(cè)面為草圖平面，繪制直角三角形草圖，如圖12所示。標(biāo)注一個臺階的高度尺寸d8=d0/16，而寬度d9為計(jì)算尺寸(圓括號內(nèi)的尺寸)，可不必標(biāo)注。創(chuàng)建切削拉伸特征切削一個臺階。

(3) 陣列臺階

將上一步驟的切削拉伸特征草圖設(shè)為可見，沿路徑矩形陣列該特征。陣列方向選模型的斜邊，如圖13所示，陣列間距用“測量尺寸”的方法由測量圖示直角三角形的斜邊得到。創(chuàng)建樓梯的結(jié)果如圖14所示。

5結(jié)束語

使用二維設(shè)計(jì)工具來表達(dá)造型新穎、空間豐富的建筑物有其局限性，三維設(shè)計(jì)軟件在復(fù)雜實(shí)體，曲面造型，干涉檢查等方面具有二維CAD所無法比擬的功能，三維模型給設(shè)計(jì)師以立體的概念和更廣闊的發(fā)揮空間。借助三維建筑模型展示物的空間結(jié)構(gòu)和進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，使建筑內(nèi)容更加完整，設(shè)計(jì)的真實(shí)性和準(zhǔn)確性也有了質(zhì)的飛躍。

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作者簡介：張?zhí)K華(1958-)，女，講師，工學(xué)學(xué)士，主要研究方向?yàn)楣こ虉D學(xué)與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。